На рисунках 2 и 3 приведены значения инсоляций в зависимости от удаленности от морского побережья и облачности, которые неоднозначно воспринимаются, для их практического использования, исходя из описанных выше характеристик пустынь.
Рисунок 2 – Кривые распределения периодов с низкой инсоляцией, для 40 ⁰ северной широты
С увеличением облачности инсоляция уменьшается значительно (для ФЭП), хотя основная часть рассеянной радиации вместе с прямой составляющей солнечного излучения достигает поверхности земли. В условиях сплошной облачности на землю в среднем передается около половины падающей солнечной радиации.
Облачность оказывает довольно существенное влияние на эффективность гелиоэнергетики, кроме того, среднемесячное значение инсоляции иногда существенно изменяется от одного района к другому и от года к году. На рисунке 4 представлены кривые наибольших и наименьших месячных значений инсоляции для тропических районов (широта 23,5⁰).
Рисунок 3 – Влияние облачности на инсоляцию
Поскольку колебания интенсивности солнечной радиации достигают 50 % и более, прежде чем приступить к созданию какой-либо системы с использованием солнечной энергии, в районе установки предлагаемой системы необходимо провести тщательные и длительные наблюдения климатических условий. Такие наблюдения должны предшествовать широкому внедрению в практику солнечных энергетических систем.
Рисунок 4 – Годовое изменение инсоляции для 23,5⁰ северной широты.
Столь значительное понижение инсоляции в прибрежных зонах объясняется тем, что морские (дневные) бризы выносят большое количество солевого аэрозоля в атмосферу — на сотни километров от берега, который резко увеличивает рассеяние и поглощение частицами аэрозоля солнечных лучей (аэрозольное ослабление). При этом, поскольку береговой (ночной) бриз всегда слабее морского, то он не возвращает в море аэрозоль верхних слоев атмосферы, и ту, которая была днем занесена ветром вглубь побережья.
Во второй половине XX в. рассматривалось применение СЭС для выработки электроэнергии в пустынях, однако оно широкого развития не нашло. Обоснование строилось на следующем: «Природный поток первичной энергии — солнечной в пустынях очень велик, облачность мала и интенсивность инсоляции в максимуме равна 1 кВт/м2, а в среднем составляет 0,2 – 0,3 кВт/м2. Преобразование ничтожной части лучистой энергии, падающей на пустыни, в электроэнергию с получением пресной воды наверняка позволило бы остановить пески.
Но мы уже могли убедиться на многих примерах, что освоение ВИЭ упирается в низкую плотность притока энергии: такая величина, как 0,2 – 0,3 кВт/м2 в виде теплового излучения, даже при применении концентраторов еще мала и приводит к сравнительно невысокому значению коэффициента эксергии-нетто. Это обстоятельство пока препятствует широкому применению и гелиостатных (башенных) солнечных электростанций, и ФЭП. Из-за низкой плотности потока солнечной энергии затраты энергии на металл для гелиостатов и на полупроводники или концентраторы излучения ещё недопустимо велики.
Здесь особенно уместно напомнить прогноз Н.А. Умова с его расчетами для Сахары.
Для получения энергии в пустынях требуются такие способы преобразования энергии, в которых непосредственный приемник излучения создается из уже имеющихся в природе материалов, без дополнительных затрат энергии. Кроме того, необходимо обеспечить концентрацию потока энергии на много порядков (повышение модуля вектора Умова–Пойнтинга примерно в 100000 раз), чтобы можно было ограничиться нормальными размерами преобразующего солнечную энергию оборудования.
В подтверждения первого и отчасти второго утверждений зададимся вопросом. Почему, например, эксплуатируется Павловская ГЭС, которая имея площадь водохранилища равную 116 км2, мощность 166 МВт вырабатывает электроэнергии 590 млн кВт∙ч в год. Ведь её удельная электрическая мощность равна всего 1,43 МВт с 1 км2 площади водохранилища. А среднегодовой коэффициент использования установленной мощности (Киум) составляет около 40 %. Или Волжская ГЭС, которая обеспечивает генерацию всего 0,35 МВт электроэнергии с 1 км2 водохранилища, при среднегодовом Киум около 50 %?
В то время как современная «ветровая ферма» в европейских климатических условиях может обеспечить генерацию 12 – 16 МВт электроэнергии с 1 км2 занимаемой ею площади.
Ответ на этот вопрос только один — для обеспечения генерации электроэнергии используются имеющиеся в природе материалы; грунт для обустройства водохранилища и вода «рабочая лошадь» ГЭС.
Исходя из этих соображений, по мнению ряда исследователей, одним из таких источников, для пустынь, если бы там не было песчаных бурь, мог бы стать солнечный соляной пруд. Поскольку накопление солнечной энергии в нем происходит при течении больших количеств воды, такое энергетическое направление можно назвать гелиогидротехникой. Это комбинация гелиотехники и гидротехники. От гелиотехники сюда переносится информация об интенсивности солнечного излучения, его изменении во времени, сведения о распространении излучения в воде и об интенсивности его поглощения в зависимости от длины световых волн и прозрачности соленой воды. Из гидротехники заимствуются насосы, технические методы сбора и транспорта нагретого рассола по керамическим трубам, аналогично применяемым в оросительных системах. Создания плотин и водоемов с рассолом на больших площадях.
